1、工程熱力學 第一章基本概念第1頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三1-1 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)(熱力系、系統(tǒng))：人為分隔 出來的 研究對象1、系統(tǒng)的定義Thermodynamic systemsystemA quantity of matter or a region in space chosen for study第2頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三1-1 熱力系統(tǒng)外界：系統(tǒng)以外的所有物質2、系統(tǒng)、外界與邊界邊界(界面)：系統(tǒng)與外界的分界面系統(tǒng)與外界的作用都通過邊界surroundingsboundary第3頁，共98頁，2022年，5月20日，4點

2、20分，星期三邊界特性真實、虛構固定、活動fixed 、 movablereal 、imaginary第4頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三熱力系統(tǒng)分類以系統(tǒng)與外界關系劃分： 有 無是否傳質 開口系 閉口系是否傳熱 非絕熱系 絕熱系是否傳功 非絕功系 絕功系是否傳熱、功、質 非孤立系 孤立系第5頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三1234mQW1 開口系1-1 熱力系統(tǒng)非孤立系相關外界孤立系1+2 閉口系1+2+3 絕熱閉口系1+2+3+4 孤立系第6頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三熱力系統(tǒng)其它分類方式 其它分類方式物理化學性質

3、 均勻系 非均勻系工質種類多元系單元系相態(tài)多相單相第7頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三1-2 狀態(tài)和狀態(tài)參數狀態(tài)：某一瞬間熱力系所呈現的宏觀狀況狀態(tài)參數：描述熱力系狀態(tài)的物理量狀態(tài)參數的特征：1、狀態(tài)確定，則狀態(tài)參數也確定，反之亦然2、狀態(tài)參數的積分特征：狀態(tài)參數的變化量 與路徑無關，只與初終態(tài)有關3、狀態(tài)參數的微分特征：全微分 State and state properties第8頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三狀態(tài)參數的積分特征 狀態(tài)參數變化量與路徑無關，只與初終態(tài)有關。數學上：點函數、態(tài)函數1 2ab例：溫度變化山高度變化point fu

4、nction第9頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三狀態(tài)參數的微分特征設 z =z (x , y)dz是全微分充要條件：可判斷是否是狀態(tài)參數Total differentials第10頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三強度參數與廣延參數強度參數：與物質的量無關的參數 如壓力 p、溫度T廣延參數：與物質的量有關的參數可加性 如 質量m、容積 V、內能 U、焓 H、熵S比參數：比容比內能比焓比熵單位：/kg /kmol 具有強度參數的性質Intensive properties Extensive properties 第11頁，共98頁，2022年，5月

5、20日，4點20分，星期三強度參數與廣延參數速度動能高度 位能 內能溫度應力摩爾數（強）（強）（強）（強）（廣）（廣）（廣）（廣）Velocity Kinetic EnergyHeight Potential EnergyTemperature Internal EnergyStressMol第12頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三1-3 基本狀態(tài)參數壓力 p、溫度 T、比容 v （容易測量）1、壓力 p ( pressure ) 物理中壓強，單位: Pa (Pascal), N/m2常用單位Units： 1 kPa = 103 Pa 1bar = 105 Pa 1 MP

6、a = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg = 133.3 Pa 1 at = 1 kgf/cm2 = 9.80665104 PaBasic state properties第13頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三壓力p測量示意圖絕對壓力與環(huán)境壓力的相對值 相對壓力注意：只有絕對壓力 p 才是狀態(tài)參數U-tube manometerBourdon Tube第14頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三絕對壓力與相對壓力示意圖當 p pb表壓力 pe當 p 有足夠時間恢復新平衡 準靜態(tài)過程Relaxati

7、on time第49頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三準靜態(tài)過程的工程應用例：活塞式內燃機 2000轉/分 曲柄 2沖程/轉，0.15米/沖程活塞運動速度=20002 0.15/60=10 m/s壓力波恢復平衡速度（聲速）350 m/s破壞平衡所需時間（外部作用時間）恢復平衡所需時間（馳豫時間）一般的工程過程都可認為是準靜態(tài)過程具體工程問題具體分析?！巴蝗弧薄熬徛钡?0頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三準靜態(tài)過程的容積變化功pp外f初始：pA = p外A +fA如果 p外微小可視為準靜態(tài)過程dl以汽缸中mkg工質為系統(tǒng)mkg工質發(fā)生容積變化對外界作

8、的功W = pA dl =pdV1kg工質w =pdvdl 很小，近似認為 p 不變Moving Boundary Work第51頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三準靜態(tài)過程的容積變化功pp外2mkg工質：W =pdV1kg工質：w =pdv1注意：上式僅適用于準靜態(tài)過程第52頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三示功圖indicator (p-V) diagrampV.12.pp外21mkg工質：W =pdV1kg工質：w =pdvW第53頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三準靜態(tài)容積變化功的說明pV.12.2） p-V 圖上用面積

9、表示3）功的大小與路徑有關， 過程量Path function4）統(tǒng)一規(guī)定：dV0，膨脹 對外作功（正） dV0，壓縮 外內作功（負）5）適于準靜態(tài)下的任何工質（一般為流體）6）外力無限制，功的表達式只是系統(tǒng)內部參數7）有無f，只影響系統(tǒng)功與外界功的大小差別1）單位為 kJ 或 kJ/kgWw第54頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三摩擦損失Friction Loss的影響若有f 存在，就存在損失pp外21系統(tǒng)對外作功W，外界得到的功W W若外界將得到的功W 再返還給系統(tǒng)，系統(tǒng)得到的功WT2Q節(jié)流過程 (閥門）p1p2p1p2Frequently encountered i

10、rreversibilitiesThrottler第59頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三常見的不可逆過程混合過程自由膨脹真空Frequently encountered irreversibilitiesUnrestrained expansionMixing process第60頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三引入可逆過程的意義 準靜態(tài)過程是實際過程的理想化過程， 但并非最優(yōu)過程，可逆過程是最優(yōu)過程。 可逆過程的功與熱完全可用系統(tǒng)內工質 的狀態(tài)參數表達，可不考慮系統(tǒng)與外界 的復雜關系，易分析。 實際過程不是可逆過程，但為了研究方 便，先按理想情

11、況（可逆過程）處理， 用系統(tǒng)參數加以分析，然后考慮不可逆 因素加以修正。第61頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三完全可逆、內可逆與外可逆 完全可逆可逆 內部可逆，外部不可逆常見90 0 例：內可逆外不可逆Totally reversible Internally reversible 外部可逆，內部不可逆Externally reversible 第62頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三1-7 功 量 Work1、力學定義: 力 在力方向上的位移2、熱力學定義I熱力學定義IIThe product of a force and the distanc

12、e through which this force acts第63頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三功的熱力學定義I 當熱力系與外界發(fā)生能量傳遞時，如果對外界的唯一效果可歸結為取起重物，此即為熱力系對外作功。 Work is done by a system if the sole effect on the surroundings could be the raising of a weight.第64頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三功的熱力學定義II Work is an energy interaction between a syste

13、m and its surroundings, if the energy crossing the boundary of a closed system is not heat, it must be work. 功是系統(tǒng)與外界相互作用的一種方式，在力的推動下，通過有序運動方式傳遞的能量。第65頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三功的表達式功的一般表達式熱力學最常見的功 容積變化功 其他準靜態(tài)功：拉伸功，表面張力功，電功等第66頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三1-8 熱量與熵Heat and EntropyHeat is defined as t

14、he form of energy that is transferred between two systems (or its surroundings) by virtue of a temperature difference. 熱量定義：熱量是熱力系與外界相互作用的另一種方式，在溫度的推動下，以微觀無序運動方式傳遞的能量。第67頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三熱量與容積變化功能量傳遞方式 容積變化功 傳熱量性質 過程量 過程量推動力 壓力 p 溫度 T標志 dV , dv dS , ds公式條件 準靜態(tài)或可逆 可逆第68頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三熵（ Entropy）的定義reversible比參數 kJ/kg.Kds: 可逆過程 qrev除以傳熱時的T所得的商 清華大學劉仙洲教授命名為“熵”廣延量 kJ/K第69頁，共98頁，2022年，5月20日，4點20分，星期三熵的說明1、熵是狀態(tài)參數 3、熵的物理意義：熵體現了可逆過程 傳熱的大小與方向2、符號規(guī)定系統(tǒng)吸熱時為正 Q 0 dS 0系統(tǒng)放熱時為負 Q 0 dS p